Pour le randonneur non averti lancé à l’assaut du plateau de Bure, dans le massif alpin du Dévoluy, l’arrivée à destination risque de surprendre. Après avoir gravi un raidillon sévère, il découvre, à 2.550 mètres d’altitude, 12 paraboles de 15 mètres de diamètre tournées vers le ciel. S’il patiente un peu, il pourra même les voir bouger en chœur, pointant une nouvelle cible invisible dans le ciel azur. Elles constituent l’observatoire Noema (NOrth Extended Millimeter Array), le plus puissant radiotélescope millimétrique de l’hémisphère nord. Ce vendredi 30 septembre 2022, il célèbre officiellement son passage de 6 à 12 antennes, après huit années de travaux.
Voir les étoiles en train de naître, ou de mourir
Ce fleuron de l’Iram (Institut de radioastronomie millimétrique), qui possède également une antenne de 30 mètres de diamètre à Pico Veleta dans le sud de l’Espagne, observe l’Univers dans une gamme de longueur d’onde allant de 0,8 mm à 3,5 mm, soit une fréquence de 80 à 350 gigahertz. "Cela correspond à la « lumière » émise par l’Univers froid, juste quelques degrés au-dessus du 0 absolu [-273°C], résume pour Sciences et Avenir Frédéric Gueth, directeur adjoint de l’Iram. C’est celle des vastes nuages moléculaires s’étirant entre les étoiles. Noema, dans sa précédente configuration, et l’Iram ont ainsi découvert près de la moitié des 120 molécules identifiées dans le milieu interstellaire. Le domaine millimétrique révèle aussi les étoiles naissantes dans leur cocon de gaz, ou mourantes après qu’elles ont expulsé leur enveloppe de gaz." Noema traque également les galaxies très lointaines, même si elles ne sont pas glacées. Comme celles-ci s’éloignent de nous d’autant plus vite qu’elles sont loin (une conséquence de l’expansion de l’Univers), leur lumière est fortement décalée vers les grandes longueurs d’ondes. Même si elles émettent dans le visible, nous les voyons donc dans le domaine des ondes radios. L’instrument ambitionne ainsi de saisir des galaxies situées à plus de 13 milliards d’années-lumière de nous, soit bien proche du Big Bang à 13,8 années-lumière. Noema observe également des galaxies plus proches dont elle peut cartographier le gaz, et étudier ainsi leur évolution et leur dynamique.
Timelapse du radio télescope Noema. Crédits : Xavier Cuvelier/IRAM
De prochaines images des trous noirs M87* et Sgr A*
Enfin, Noema fait partie de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) qui a publié en 2019 la première image d’un trou noir, M87* dans la galaxie du même nom, et Sgr A* dans la Voie lactée. "Dans ce cadre, l’instrument a participé aux campagnes de mesures d’avril 2021 et avril 2022, reprend Frédéric Gueth. Il faudra plusieurs mois pour dépouiller les résultats et les mêler à ceux des autres instruments de EHT, mais nous savons déjà que les données sont d’excellente qualité." En passant de 6 à 12 antennes, Noema a multiplié sa résolution par 4 et sa sensibilité par 10. L’instrument est ainsi capable de distinguer des objets plus petits et plus sombres qu'auparavant. Il pourrait détecter un téléphone portable à plus de 500 km. Pour cela, il utilise le principe de l’interférométrie. Les 12 antennes observent la même cible. Un supercalculateur confectionné spécialement pour Noema, "Polyfix", se charge de combiner les données de chaque antenne, une tache titanesque. "En une journée, Noema génère autant de données que tout le trafic internet en France dans le même temps", illustre Frédéric Gueth. Le traitement permet d'obtenir la même image que celle produite par une seule antenne d'un diamètre correspondant à la distance entre les deux antennes les plus éloignées. A ce petit jeu, Noema peut aller jusqu’à 1,7 km car les mastodontes de 120 tonnes circulent sur des rails grâce à des moteurs électriques. Il est donc possible de changer leur configuration en fonction des besoins des astronomes, et de zoomer par exemple sur un objet en écartant les antennes les unes des autres.
Un instrument complémentaire du James Webb
A l’heure où le monde entier contemple les clichés à couper le souffle du télescope spatial James Webb, la radioastronomie procure des spectres, des cartes de densité : pas le genre dont on tire des posters. Mais les équipes de Noema sont sans complexes. Dans l’observation de l’Univers, les deux instruments jouent la complémentarité, comme l’explique Frédérique Gueth. "Lorsque le JWST observe une galaxie lointaine, il ne peut que donner une estimation de la distance qui nous sépare d’elle, ce que l’on appelle le redshift. Il faut la radioastronomie pour fournir une valeur précise de cette donnée fondamentale." En ce début d’automne, Noema, qui peut observer de jour comme de nuit, attend avec impatience l’arrivée de l’hiver et de ses longues nuits glacées, les plus propices à l’observation. Le randonneur séduit par la majesté du site n'aura aucun mal à imaginer combien l'Univers ici doit paraître plus proche, avant ou sans télescope...